KR100793407B1 - 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치 및그 주입방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 그라우팅 주입장치 및 그 주입방법에 관한 것으로, 상·하단패커튜브로 구분되는 2개의 패커가 일체화되고, 상기 상·하단패커튜브 양단은 패커고정구의 삽입구 외연으로 삽입되어 지지구로 고정되고, 상기 상·하단패커튜브를 지지하는 고정틀이 구비되되, 상기 상단고정틀은 주입재를 주입하는 주입관과 2개의 팽창주입호스가 상부로 연결되고, 상기 상단고정틀 하부로 이중관이 결합되어, 상기 이중관 내부로 주입관이 삽입되며, 상기 이중관의 하부 돌출구는 상단패커튜브 상단의 패커고정구에 결합되고, 상기 중간고정틀은 걸림쇠 상부면에 상단패커튜브의 하부 일측이 내부에 위치되도록 밀림방지스프링이 안착홈에 안착되며, 상기 걸림쇠의 상부 돌출구는 상단패커튜브 하단의 패커고정구에 결합되고, 걸림쇠 하부 돌출구는 하단패커튜브 상단의 패커고정구에 결합되며, 상기 하단고정틀은 돌출구가 하단패커튜브 하단의 패커고정구에 결합되고, 상기 하단고정틀 끝단에는 캡이 설치되는 그라우팅장치가 케이싱 내부에 삽입된다. 따라서, 본 발명은 케이싱과 2단일체형 패커 주입장치를 이용함으로써, 별도의 강관 설치나 실링(Sealing)작업이 생략되어도 고압의 주입압력에 시추공의 공벽 붕괴나 주입재의 역류를 방지할 수 있고, 케이싱을 인양한 주입구간이 붕괴되더라도 주입구간에 주입재를 안정적으로 골고루 주입할 수 있도록 하여 주입재의 침투로를 확보하며, 팽창튜브 외연에는 지반의 특성에 적합한 부직포 부재와 고무밴드를 조합하거나 탈착하게 함으로써 패커의 내구성 및 그라우팅의 시공성과 주입효과를 유도하고, 별도의 보조자재 사용이 나 재천공과 같은 반복 작업의 번거로움을 간소화하여 작업시간을 단축시켜 작업의 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
케이싱, 비트, 장착연결구, 그라우팅장치, 패커튜브, 고정틀, 밀림방지스프링
Description
본 발명은 그라우팅 주입장치 및 그 주입방법에 관한 것으로, 더욱 세부적으로는 보강재를 삽입하기 위한 대구경 천공의 심도가 짧은 사면보강이나 터널 내의 지반보강과 같은 강관 다단 그라우팅과는 차별되며, 소구경 천공의 심도가 깊은 댐 기초나 일반 토목공사의 차수, 보강 그라우팅 공사 및 암반 내 고압의 수압시험과 같은 다양하고 연약한 지반을 대상으로 고압의 주입압력으로서 주입재의 주입만을 위한 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치 및 그 주입방법에 관한 것이다.
지반에 대해 시행되는 종래의 그라우팅 방법들 중에는 시추공 천공 후 압력 그라우팅을 하기 위해서 시추공벽에 패커를 설치할 경우, 파쇄대가 심한 암반이나 미고결 지반에서의 시추공 공벽은 자연 붕괴되거나, 패커의 팽창압력에 의해서도 붕괴되고, 압력 주입시 시추공 상부로 주입재가 역류하며 시추공벽면이 불안정하여 날카로운 암편이 돌출된 부위에 패커를 장착할 경우에는 고무패커 재질이 파열되기 때문에 이를 방지하기 위해 별도의 가공된 파이프와 보조 주입재를 사용하여 문제 를 해결하는 맨젯튜브(Manchette tube)공법이 있으며, 대부분의 댐 건설 현장에서 기초 암반이 파쇄대 지반인 경우 시추공의 지상에서부터 하부방향으로 천공과 주입 및 재천공을 반복하여 연약했던 지반에 패커가 장착될 수 있도록 주입재로 고결시키면서 시행하는 하향식 주입공법 등이 적용되고 있다.
또한, 종래의 암반 수압시험은 암반을 천공한 후 케이싱을 인양한 나공인 상태에서 패커의 팽창압력만으로 주입압력에 대응하여 수행되기 때문에 파쇄대의 암반 구간에서는 시추공벽이 붕괴되고, 신선한 암반에서 실시되는 수압시험도 맥동하는 주입수압이 시추공벽과 팽창튜브에 작용하는 팽창압력보다 크게 작용되어 패커장치가 시추공벽을 따라 뒤로 밀리는 현상이 발생되는 어려움이 있다.
상기 하향식 주입공법은 지표에서부터 일정심도(구간 1)를 시추하고, 그 구간 1을 시추공 내에서 패커를 설치하기에 이상이 없도록 1차 그라우팅 주입을 실시하여 그 주입된 주입재가 고결된 후, 다시 일정심도(구간 1)의 고결된 주입재를 재천공하고, 그 하부 구간의 일정심도(구간 2)를 시추한 다음 그 구간 2에 2차 주입작업을 반복하면서 설계 심도까지 주입하는 공법이다.
그러나, 상기의 하향식 주입공법은 시추 후 주입된 주입재가 고결될 때까지 시추기와 인력의 대기, 시추기 이동, 패커 재설치 및 재시추 등의 이중 반복 작업으로 번거롭고 작업 시간이 많이 소요되는 단점이 있다.
상기 하향식 주입공법의 단점을 보완하기 위하여 강관 다단 그라우팅공법이나 L.W 그라우팅 공법과 같이, 강관이나 전선관을 설치하는 맨젯튜브(Manchette tube)공법이 보완되어 실시되고는 있으나, 이는 시추공 내벽과 맨젯튜브 외측 사이 의 틈에 보조주입재로 실링(Sealing) 작업을 실시하는데, 이는 주입재가 주입되어야 할 침투로(지반 내 틈)에 실링재가 침투하여 미리 막아버리는 사례가 적지 않아 현장에서는 시추공 입구에 코킹(Caulking)만 시공한 채 형식적으로 강관 내에서 패커의 이동 설치만으로 주입하므로, 시추공 전체 구간에 대하여 일괄주입방식이 되고 마는 실정이고, 고압의 주입압력에 폴리에틸렌이나 PVC재질의 파이프는 변형이 되어 그라우팅 주입이 중지되는 경우가 있다. 이는 대상 구간별로 구분되어 지반의 특성에 따라 배합비 및 주입압력을 변경하거나 조절하는 등의 주입관리가 필요한 경우에는 그러하지 못하므로 그라우팅 품질에 많은 문제가 있어 왔다.
종래 공지된 기술로 등록된 대한민국 등록특허공보 제10-0383520호(명칭 : 그라우팅 연속주입공법 및 연속주입선단장치)는 도 1과 같이, 지층에서 만나게 되는 자갈층 및 전석층과 암반에 효율적인 그라우팅 재료의 주입을 이루어 견고한 그라우팅 스텝을 형성할 수 있도록 함과 동시에 작업의 중단없이 연속적인 주입을 이루어 그라우팅 스텝의 연결 적층시공을 신속 용이하게 이룰 수 있도록 한 그라우팅 연속주입공법 및 연속주입선단장치에 관한 것이다.
특히, 지반보강 및 지반차수 등의 시공을 위해 제공되는 그라우팅 공법에 있어서, 케이싱(702)과 천공로드(708)를 지반에 굴삭한 후 케이싱(702)에서 천공로드(708)를 인발하는 단계와; 천공로드(708)의 인발을 완료시킨 상태에서 이중주입호스(710)와 연결 설치되어 있는 연속주입선단장치(701)를 선단에 구비하고 있고, 외압이 작용하지 않을 경우 양측으로 분리되도록 분할 형성되어 있되, 연결구(712)를 통해 연결되어 있는 수개의 주입로드(714)를 케이싱(702) 내에 삽입하는 단계 와; 주입로드(714)를 케이싱(702) 내에 삽입 완료시킨 상태에서 상기 이중주입호스(710)에 그라우팅 재료를 공급하여 상기 연속주입선단장치(701)의 선단에 형성되어 있는 주입구를 폐공하고 있던 개폐구를 자동 개공시킨 후 지반에 그라우팅 재료를 일정량 주입시켜 그라우팅 스텝(704)을 시공하는 단계와; 그라우팅 스텝(704)의 시공을 완료시킨 상태에서 주입로드를 일정길이(약 3m) 인발시켜 상호간을 연결하던 연결구(712)를 해체하여 양분되도록 함과 동시에 연속적인 주입을 실시하여 먼저 시공된 그라우팅 스텝(704)에 또다른 그라우팅 스텝(704)을 적층 연결시켜 시공하는 작업을 일정 반복하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
그러나, 상기 그라우팅 연속주입공법 및 연속주입선단장치는 천공 후 이중주입호스(710)와 연결된 연속주입선단장치(701)를 내장한 주입로드(714)를 케이싱(702) 내에 삽입하여 연속주입을 할 때, 주입압력으로 인해 케이싱(702)과 주입로드(714)의 틈 사이로 주입재가 침투되면서 고결되어 주입로드(714)와 케이싱(702)의 분리가 어려워 사용할 수 없어지고, 지반을 천공하면 시추공벽과 케이싱(702) 사이에 틈이 생기는데, 이 틈 사이로 주입재가 역류되어 고결되면 케이싱(702)과 지반이 일체화되어 인발 문제와 주입구간 상부로의 주입재 일탈로 인한 주입관리 및 작업의 효율성에 문제가 생기게 된다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 다양하고 연약한 지반을 대상으로 고압의 주입압력으로 주입재의 주입만을 목적으로 하는 소구경 천공의 심도가 깊은 댐 기초나 일반 토목공사의 차수 및 보강 그라우팅 공사 그리고 암반 내 고압의 수압시험을 수행할 경우 고압의 주입압력으로도 시추공벽 붕괴나 주입재의 역류를 방지하여 주입재를 주입구간에 골고루 주입할 수 있는 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치 및 그 주입방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 천공 후 별도의 강관 설치나 실링(Sealing)작업을 생략하고, 고압의 주입압력에도 시추공의 공벽 붕괴나 주입재의 역류를 방지하며, 케이싱을 인양한 주입구간이 붕괴되더라도 주입재의 침투로를 확보하여 주입구간에 주입재를 골고루 주입할 수 있도록 하고, 팽창튜브 외연에는 지반의 특성에 적합한 부직포 부재나 고무밴드를 선택하여 탈착하게 함으로서, 패커의 내구성 및 그라우팅의 시공성과 주입 효과를 유도하고, 별도의 보조자재 사용이나 재천공 같은 반복 작업의 번거로움을 간소화하여 작업시간을 단축함으로서 작업의 효율을 극대화하고, 이를 위해 기능이 다른 일체화된 2개의 패커에 물이나 공기를 압송시켜 상기 패커를 팽창시키고, 2단일체형 패커 주입장치가 케이싱과 주입구간에 정확히 장착되어 고압의 주입압력에도 그 기능을 발휘되도록 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 케이싱과 비트 사이에 걸림홈이 구비된 장착연결구를 연결한 케이싱으로 천공하고, 천공 후 케이싱은 인양하지 않은 상태에서 케이싱 내부로 주입관과 팽창주입호스를 연결한 2단일체형 패커 주입장치를 장착하여 주입재를 주입함으로써, 별도의 강관 설치나 실링(Sealing)작업을 생략할 수 있고, 고압의 주입압력에 의한 시추공의 공벽 붕괴나 주입재의 역류를 방지하며, 주입재 침투로 인한 시추공벽의 훼손을 방지할 수 있고, 케이싱을 인양한 주입구간이 붕괴되더라도 주입구간에서 안정적으로 골고루 주입할 수 있다.
또한, 시추공벽과 밀착되는 하단팽창튜브 외연에는 고무재질 외에 지반의 특성에 대응하는 부직포 재질의 부재와 고무밴드를 탈착할 수 있게 함으로서, 패커의 내수성 및 그라우팅의 시공성과 주입 효과를 유도하고, 별도의 보조자재 사용이나 재천공과 같은 반복작업의 번거로움을 간소화하여 작업시간을 단축시켜 작업의 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 2는 본 발명에 따른 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치의 분해도이고, 도 4는 본 발명에 따른 케이싱과 비트 및 장착연결구의 결합상태를 나타낸 도면이고, 도 5와 도 6은 본 발명에 따른 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치의 상하단패커튜브의 실시 예이고, 도 7은 상기 도 5의 A부분을 나타낸 확대도와 분해도이고, 도 8은 상기 도 5의 B부분을 나타 낸 확대도와 분해도이고, 도 9는 상기 도 5의 C부분을 나타낸 확대도와 분해도이고, 도 10은 본 발명에 따른 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치의 주입작업 과정을 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명에 따른 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입방법을 나타낸 블록도이다.
이하, 도면을 참고로 구성요소를 설명하면 다음과 같다.
도 2와 도 3은 본 발명의 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치의 사시도와 분해도로써, 케이싱(20)과 비트(30)로 천공된 지반(50)의 시추공벽(51)에 주입재(60)를 삽입하기 위해 상기 케이싱(20) 내부에 삽입되는 그라우팅 주입장치(10)는 상·하단패커튜브(11,12)로 구분되는 2개의 패커가 일체화되고, 상기 상·하단패커튜브(11,12) 양단은 패커고정구(13)의 삽입구(133) 외연으로 삽입되어 지지구(14)로 고정되고, 상기 상·하단패커튜브(11,12)를 지지하는 고정틀(15,16,17)이 구비된다.
상기 상단고정틀(15)은 주입재(60)를 주입하는 주입관(18)과 2개의 팽창주입호스(19)가 연결볼트(151)로 상부에 연결되고, 상기 상단고정틀(15) 하부로 이중관(155)이 결합되어, 상기 이중관(155) 내부로 주입관(18)이 삽입되며, 상기 이중관(155)의 하부 돌출구(155a)는 상단패커튜브(11) 상단의 패커고정구(13)에 결합된다.
상기 중간고정틀(16)은 걸림쇠(161) 상부면에 상단패커튜브(11)의 하부 일측이 내부에 위치되도록 밀림방지스프링(162)이 안착홈(161b)에 안착되며, 상기 걸림쇠(161)의 상부 돌출구(161a)는 상단패커튜브(11) 하단의 패커고정구(13)에 결합되 고, 걸림쇠(161) 하부 돌출구(161a)는 하단패커튜브(12) 상단의 패커고정구(13)에 결합된다.
상기 하단고정틀(17)은 돌출구(171)가 하단패커튜브(12) 하단의 패커고정구(13)에 결합되고, 상기 하단고정틀(17) 끝단에는 캡(175)이 설치된다.
상기 상·하단패커튜브(11,12)는 고무재질로 구성되고, 상기 하단패커튜브(12) 외연에는 부직포 부재 또는 고무밴드 중 어느 하나를 선택하여 탈착함으로써, 하단패커튜브(12)의 팽창시 균일하지 않은 시추공벽(51)의 벽면에 의한 손상을 방지하게 된다.
상기 주입관(18)은 하단고정틀(17) 직하부에서 주입구간 만큼의 일정 길이를 갖는 토출공(181)이 다수 형성되는 유공관으로 구성되며, 상기 주입관(18)의 최하단에는 막음부재(182)가 구비된다.
도 4는 본 발명의 케이싱(20)과 비트(30) 및 장착연결구(40)의 결합상태를 나타낸 도면으로, 도 4(a)는 결합상태를 도시하고, 도 4(b)는 결합된 상태의 단면도를 도시한다.
상기 케이싱(20)과 비트(30) 사이에는 내부에 걸림홈(43)이 형성되는 장착연결구(40)가 더 구비되는데, 상기 케이싱(20) 끝단부 내면에 형성되는 나사산(21)에 장착연결구(40)의 일단 외연에 나사산이 형성되는 돌출구(41)가 체결되고, 상기 장착연결구(40) 타단의 내면에 형성되는 나사산(42)에는 비트(30) 외연에 나사산이 형성되는 돌출구(31)가 체결되며, 상기 비트(30) 하부면에는 단단한 인공다이아몬드 재질의 팁(32)이 다수 삽입된다.
상기 장착연결구(40)의 걸림홈(43)에는 상기 중간고정틀(16)의 걸림쇠(161)에 안착되는 밀림방지스프링(162)이 상단패커튜브(11)의 팽창과 동시에 벌려지도록 장착된다.
도 5와 도 6은 본 발명의 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치의 실시 예로써, 도 5는 하부에 비트(30)와 장착연결구(40)가 체결된 케이싱(20)을 이용하여 지반(50)을 천공하고, 상기 천공된 지반(50)의 시추공벽(51)의 주입재(60) 주입작업을 하기 위해 상기 케이싱(20) 내부에 그라우팅장치(10)를 삽입한 최초 상태이다.
도 6은 상기 케이싱(20) 내부에 구비되는 그라우팅장치(10)의 상단패커튜브(11)와 비트(30) 직하부에 위치하는 하단패커튜브(12)에 지상에 구비되는 팽창용 펌프(미도시)를 이용하여 제1주입호스(191)와 제2주입호스(192)로 공기 또는 물을 선택적으로 사용하여 팽창시킨 상태를 도시한 것으로, 상기 제1주입호스(191)는 상단고정틀(15)의 제2배관로(154)로 연결되어 상단패커튜브(11)에 공기 또는 물을 선택적으로 주입시키게 되며, 상기 제2주입호스(192)는 상단고정틀(15)에 두갈래의 이중관으로 형성되는 제1배관로(153)로 연결되어 하단패커튜브(12)에 공기 또는 물을 선택적으로 주입시키게 된다.
이때, 상기 상단패커튜브(11) 내부의 주입재 주입관(18) 외연과 이중관(155) 하부에 형성되는 팽창주입관(155b) 내연 사이에는 하단패커튜브(12)를 팽창시킬 물이나 공기의 통로가 형성되며, 상기 이중관(155)의 팽창주입관(155b) 외연은 상단패커튜브(11)를 팽창시킬 물이나 공기의 통로가 형성되고, 상기 팽창주입관(155b) 은 상단고정틀(15)에 형성되는 제1·2배관로(153,154)와 연통되어 중간고정틀(16) 하부 일측에서 마감된다.
상기 상단패커튜브(11)는 케이싱(20) 내에서 팽창되고, 상기 하단패커튜브(12)는 천공 비트(30) 직하부의 주입구간 내에서 돌출되어 팽창되며, 상기 걸림쇠(161)의 안착홈(161b)에 안착되는 원추형의 밀림방지스프링(162)은 상단패커튜브(11)가 팽창됨에 따라 상부 일측이 벌어지면서 장착연결구(40)의 걸림홈(43)에 걸리게 되어 상기 상단패커튜브(11)를 케이싱(20) 내벽에 밀착 고정시키게 되며, 상기 하단패커튜브(12)는 시추공벽(51) 내벽에 밀착 고정된다.
상기 밀림방지스프링(162)은 금속 재질로 구성되고, 일면이 개방된 원추형으로서 상부방향이 넓고 하부방향이 좁은 형상으로 형성된다.
상기 중간고정틀(16)의 걸림쇠(161) 외연은 비트(30) 하단부의 돌출구(31) 내부 직경보다 큰 직경으로 형성되어, 상기 걸림쇠(161) 외연이 비트(30) 하단부의 돌출구(31)에 안착된다.
도 7은 상기 도 5의 A부분을 나타낸 도면으로, 도 7(a)는 확대도를 도시하며 도 7(b)는 분해도를 도시하는데, 상기 상단고정틀(15) 상부에는 팽창주입호스(19)가 연결되는 연결볼트(151)가 구비되고, 내부에는 제1배관로(153)와 제2배관로(154)가 형성되며, 하부에는 나사산이 형성되는 삽입구(152)가 구비되어 삽입구(152) 내부에 패킹(P)이 삽입된다.
상기 상단고정틀(15)의 삽입구(152)에는 이중관(155)의 상부 돌출구(155a)가 나사산으로 결합되며, 상기 이중관(155) 상하부 일측에는 패킹(P)이 구비되어 하부 돌출구(155a)가 패커고정구(13)의 상부 내측에 형성되는 나사산(132)에 결합되며, 상기 이중관(155) 하부에 구비되는 패킹(P)은 패커고정구(13)의 홈(131)에 삽입된다. 상기 패커고정구(13) 내부에는 2개의 리데나(R)가 삽입되고, 하부에는 삽입구(133)와 체결홈(134)이 형성되어 상기 삽입구(133)에 상단패커튜브(11) 상부가 삽입되어 외연으로 지지구(14)가 체결되는데, 상기 지지구(14)에는 걸림턱(141)이 형성되어 상기 패커고정구(13)의 체결홈(134)에 고정되고, 하부 내면에는 나사산(142)이 형성된다.
도 8은 상기 도 5의 B부분을 나타낸 도면으로, 도 8(a)는 확대도를 도시하며 도 8(b)는 분해도를 도시하는데, 상기 걸림쇠(161) 상부에는 돌출구(161a)와 안착홈(161b)이 형성되어, 상기 안착홈(161b)에 밀림방지스프링(162)이 삽입되고, 상기 밀림방지스프링(162) 내부로 상단패커튜브(11) 하부가 지지구(14)로 고정되는 패커고정구(13)가 걸림쇠(161) 상부 돌출구(161a)에 나사산(132)으로 결합되며, 걸림쇠(161) 상부에 구비되는 리데나(R)는 패커고정구(13)의 홈(131)에 삽입된다.
상기 걸림쇠(161) 하부에 나사산으로 형성되는 돌출구(161a)에는 하단패커튜브(12) 상부가 지지구(14)로 고정되는 패커고정구(13)가 결합되며, 걸림쇠(161) 하부에 구비되는 리데나(R)는 패커고정구(13)의 홈(131)에 삽입된다.
도 9는 상기 도 5의 C부분을 나타낸 도면으로, 도 9(a)는 확대도를 도시하며 도 9(b)는 분해도를 도시하는데, 상기 하단고정틀(17) 상부에는 나사산이 형성되는 돌출구(171)가 형성되어, 하단패커튜브(12) 하부가 지지구(14)로 고정되는 패커고정구(13)가 결합되며, 상부 일측에 구비되는 패킹(P)은 상기 패커고정구(13)의 홈(131)에 삽입된다.
상기 하단고정틀(17) 하부 내측으로는 삽입구(172)가 형성되어 2개의 패킹(P)과 1개의 리데나(R)가 차례로 삽입되고, 하부 외연에는 나사산(173)이 형성되어 내면에 나사산(176)이 형성되는 캡(175)이 결합된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치의 주입방법을 설명하면 다음과 같다.
도 10과 도 11은 본 발명의 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입작업 과정과, 그라우팅 주입방법을 나타낸 블록도로써, 케이싱(20)과 비트(30) 사이에 장착연결구(40)가 연결되는 상기 케이싱(20)을 이용하여 그라우팅 구간을 일정 간격으로 계획하여 천공심도(L)까지 천공하고, 암반 파쇄대 내의 점토 같은 협재물을 지상으로 배출시켜 주입의 품질을 확보한다(S10 공정).
그런 다음, 상기 케이싱(20)에 연결되는 비트(30) 하부의 주입구간에 하단패커튜브(12)와 주입관(18)의 토출공(181)이 돌출되도록 상기 천공심도(L)에서 제1주입구간(L1)의 위치로 케이싱(20)을 인양한다(S20 공정).
상기 인양된 그라우팅장치(10) 내부에 상단패커튜브(11)와 하단패커튜브(12)로 구분되는 2단일체형의 그라우팅장치(10)를 삽입하여, 상기 그라우팅장치(10)의 걸림쇠(161)가 비트(30) 하단부의 돌출구(31)에 안착되도록 위치시키고, 상기 하단패커튜브(12)와 주입관(18)의 토출공(181)을 비트(30) 하부의 제1주입구간(L1)에 돌출되도록 삽입한다(S30 공정).
상기 케이싱(20) 내부의 상단패커튜브(11)와 비트(30) 직하부의 제1주입구 간(L1) 내에 위치하는 하단패커튜브(12)에 팽창주입호스(19)를 이용하여 공기 또는 물을 선택적으로 사용하여 팽창시켜 케이싱(20)과 시추공벽(51)에 밀착시킨다(S40 공정).
상기 그라우팅장치(10) 상단으로 돌출되는 주입관(18)을 통해 주입재(60)를 토출공(181)까지 압송시켜 상기 제1주입구간(L1)의 지반에 주입재(60)를 주입한다(S50 공정).
상기 주입재(60)의 1차주입이 완료된 후, 케이싱(20) 내부에 팽창된 상단패커튜브(11)의 팽창압은 유지시킨 채 하단패커튜브(12)에 가해졌던 공기 또는 물을 소산시켜 팽창되었던 하단패커튜브(12)의 외연이 원상태로 되면, 케이싱(20)을 다음 제2주입구간(L2)만큼 인양한다(S60 공정).
상기 인양된 케이싱(20) 직하부의 제2주입구간(L2) 내에 위치한 하단패커튜브(12)에 공기 또는 물을 선택적으로 사용하여 팽창시켜 시추공벽(51)에 밀착시키고, 주입관(18)을 통해 주입재(60)를 토출공(181)까지 압송시켜 제2주입구간(L2)의 지반에 주입재(60)를 주입한다(S70 공정).
상기 작업하고자 하는 주입구간의 주입재(60) 주입이 완료된 후, 하단패커튜브(12)의 외연을 원상태로 만들고 다음 주입구간으로 케이싱(20)을 인양하는 상기 S60 공정과, 다음 주입구간으로 인양된 하단패커튜브(12)에 공기 또는 물을 선택적으로 사용하여 팽창시켜 주입재(60) 주입을 실시하는 상기 S70 공정을 반복적으로 실시하여 각 시추공의 상향 방향으로 주입구간마다 반복하면서 시추공 입구까지 순차적으로 진행하면서 계획된 지반 전체를 보강한다(S80 공정).
따라서, 본 발명에서는 천공 후 별도의 강관 설치나 실링(Sealing)작업을 생략하고, 고압의 주입압력에도 시추공의 공벽 붕괴나 주입재의 역류를 방지하며, 케이싱을 인양한 주입구간이 붕괴되더라도 주입재의 침투로를 확보하여 주입구간에 주입재를 골고루 주입할 수 있도록 하고, 팽창튜브 외연에는 지반의 특성에 적합한 부직포 부재나 고무밴드를 선택하여 탈착하게 함으로서, 패커의 내구성 및 그라우팅의 시공성과 주입 효과를 유도하고, 별도의 보조자재 사용이나 재천공 같은 반복 작업의 번거로움을 간소화하여 작업시간을 단축함으로서 작업의 효율을 극대화하고, 이를 위해 기능이 다른 일체화된 2개의 패커에 물이나 공기를 압송시켜 상기 패커를 팽창시키고, 2단일체형 패커 주입장치가 케이싱과 주입구간에 정확히 장착되어 고압의 주입압력에도 그 기능을 발휘되도록 한다.
본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 그라우팅 연속주입공법을 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치의 분해도.
도 4는 본 발명에 따른 케이싱과 비트 및 장착연결구의 결합상태를 나타낸 도면.
도 5와 도 6은 본 발명에 따른 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치의 상하단패커튜브의 실시 예.
도 7은 상기 도 5의 A부분을 나타낸 확대도와 분해도.
도 8은 상기 도 5의 B부분을 나타낸 확대도와 분해도.
도 9는 상기 도 5의 C부분을 나타낸 확대도와 분해도.
도 10은 본 발명에 따른 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치의 주입작업 과정을 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 따른 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입방법을 나타낸 블록도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 그라우팅장치 11 : 상단패커튜브
12 : 하단패커튜브 13 : 패커고정구
14 : 지지구 15 : 상단고정틀
16 : 중간고정틀 17 : 하단고정틀
18 : 주입관 19 : 팽창주입호스
20 : 케이싱 21 : 나사산
30 : 비트 31 : 돌출구
32 : 팁 40 : 장착연결구
41 : 돌출구 42 : 나사산
43 : 걸림홈 50 : 지반
51 : 시추공벽 60 : 주입재
L : 천공심도 L1 : 제1주입구간
L2 : 제2주입구간 P : 패킹
R : 리데나
Claims (9)
- 케이싱(20)과 비트(30)로 천공된 지반(50)의 시추공벽(51)에 주입재(60)를 주입하기 위한 그라우팅 주입장치에 있어서,상·하단패커튜브(11,12)로 구분되는 2개의 패커가 일체화되고, 상기 상·하단패커튜브(11,12) 양단은 패커고정구(13)의 삽입구(133) 외연으로 삽입되어 지지구(14)로 고정되고, 상기 상·하단패커튜브(11,12)를 지지하는 고정틀(15,16,17)이 구비되되, 상기 상단고정틀(15)은 주입재(60)를 주입하는 주입관(18)과 2개의 팽창주입호스(19)가 상부로 연결되고, 상기 상단고정틀(15) 하부로 이중관(155)이 결합되어, 상기 이중관(155) 내부로 주입관(18)이 삽입되며, 상기 이중관(155)의 하부 돌출구(155a)는 상단패커튜브(11) 상단의 패커고정구(13)에 결합되고, 상기 중간고정틀(16)은 걸림쇠(161) 상부면에 상단패커튜브(11)의 하부 일측이 내부에 위치되도록 밀림방지스프링(162)이 안착홈(161b)에 안착되며, 상기 걸림쇠(161)의 상부 돌출구(161a)는 상단패커튜브(11) 하단의 패커고정구(13)에 결합되고, 걸림쇠(161) 하부 돌출구(161a)는 하단패커튜브(12) 상단의 패커고정구(13)에 결합되며, 상기 하단고정틀(17)은 돌출구(171)가 하단패커튜브(12) 하단의 패커고정구(13)에 결합되고, 상기 하단고정틀(17) 끝단에는 캡(175)이 설치되는 그라우팅장치(10)가 상기 케이싱(20) 내부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치.
- 제 1항에 있어서,상기 상단패커튜브(11)는 케이싱(20) 내에서 팽창되고, 상기 하단패커튜브(12)는 천공 비트(30) 직하부의 주입구간 내에서 돌출되어 팽창되는 것을 특징으로 하는 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치.
- 제 1항에 있어서,상기 상단패커튜브(11) 내부의 주입재 주입관(18) 외연과 이중관(155) 하부에 형성되는 팽창주입관(155b) 내연 사이에는 하단패커튜브(12)를 팽창시킬 물이나 공기의 통로가 형성되며, 상기 이중관(155)의 팽창주입관(155b) 외연은 상단패커튜브(11)를 팽창시킬 물이나 공기의 통로가 형성되고, 상기 팽창주입관(155b)은 상단고정틀(15)에 형성되는 제1·2배관로(153,154)와 연통되어 중간고정틀(16) 하부 일측에서 마감되는 것을 특징으로 하는 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치.
- 제 1항에 있어서,상기 상·하단패커튜브(11,12)는 고무재질로 구성되고, 상기 하단패커튜브(12) 외연에는 부직포 부재 또는 고무밴드 중 어느 하나를 선택하여 탈착하는 것을 특징으로 하는 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치.
- 제 1항에 있어서,상기 케이싱(20)과 비트(30) 사이에는 내부에 걸림홈(43)이 형성되는 장착연결구(40)가 더 구비되며, 상기 걸림쇠(161)에 안착되는 밀림방지스프링(162)이 상단패커튜브(11)의 팽창과 동시에 벌려지면서 상기 장착연결구(40)의 걸림홈(43)에 장착되는 것을 특징으로 하는 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치.
- 제 1항에 있어서,상기 주입관(18)은 하단고정틀(17) 직하부에서 주입구간 만큼의 일정 길이를 갖는 토출공(181)이 형성되는 유공관으로 구성되며, 상기 주입관(18)의 최하단에는 막음부재(182)가 구비되는 것을 특징으로 하는 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치.
- 제 1항에 있어서,상기 중간고정틀(16)의 걸림쇠(161) 외연은 비트(30) 하단부의 돌출구(31) 내부 직경보다 큰 직경으로 형성되어, 상기 걸림쇠(161) 외연이 비트(30) 하단부의 돌출구(31)에 안착되는 것을 특징으로 하는 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치.
- 제 1항에 있어서,상기 밀림방지스프링(162)은 금속 재질로 구성되고, 일면이 개방된 원추형으로서 상부방향이 넓고 하부방향이 좁은 것을 특징으로 하는 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입장치.
- 천공된 지반(50)의 시추공벽(51)에 주입재(60)를 삽입하기 위한 그라우팅 주입방법에 있어서,케이싱(20)과 비트(30) 사이에 장착연결구(40)가 연결되는 상기 케이싱(20)을 이용하여 그라우팅 구간을 일정 간격으로 계획하여 천공심도(L)까지 천공하고, 암반 파쇄대 내의 점토 같은 협재물을 지상으로 배출시켜 주입의 품질을 확보하는 서징(Surging)공정(S10)과;상기 케이싱(20)에 연결되는 비트(30) 하부의 주입구간에 하단패커튜브(12)와 주입관(18)의 토출공(181)이 돌출되도록 상기 천공심도(L)에서 제1주입구간(L1)의 위치로 케이싱(20)을 인양하는 제1인양공정(S20)과;상기 인양된 그라우팅장치(10) 내부에 상단패커튜브(11)와 하단패커튜브(12)로 구분되는 2단일체형의 그라우팅장치(10)를 삽입하여, 상기 그라우팅장치(10)의 걸림쇠(161)가 비트(30) 하단부의 돌출구(31)에 안착되도록 위치시키고, 상기 하단패커튜브(12)와 주입관(18)의 토출공(181)을 비트(30) 하부의 제1주입구간(L1)에 돌출시키는 삽입공정(S30)과;상기 케이싱(20) 내부의 상단패커튜브(11)와 비트(30) 직하부의 제1주입구간(L1) 내에 위치하는 하단패커튜브(12)에 팽창주입호스(19)를 이용하여 공기 또는 물을 선택적으로 사용하여 팽창시켜 케이싱(20)과 시추공벽(51)에 밀착시키는 장착공정(S40)과;상기 그라우팅장치(10) 상단으로 돌출되는 주입관(18)을 통해 주입재(60)를 토출공(181)까지 압송시켜 상기 제1주입구간(L1)의 지반에 주입재(60)를 주입하는 1차주입공정(S50)과;상기 주입재(60)의 1차주입이 완료된 후, 케이싱(20) 내부에 팽창된 상단패커튜브(11)의 팽창압은 유지시킨 채 하단패커튜브(12)에 가해졌던 공기 또는 물을 소산시켜 팽창되었던 하단패커튜브(12)의 외연이 원상태로 되면, 케이싱(20)을 다음 제2주입구간(L2)만큼 인양하는 제2인양공정(S60)과;상기 인양된 케이싱(20) 직하부의 제2주입구간(L2) 내에 위치한 하단패커튜브(12)에 공기 또는 물을 선택적으로 사용하여 팽창시켜 시추공벽(51)에 밀착시키고, 주입관(18)을 통해 주입재(60)를 토출공(181)까지 압송시켜 제2주입구간(L2)의 지반에 주입재(60)를 주입하는 2차주입공정(S70)과;상기 작업하고자 하는 주입구간의 주입재(60) 주입이 완료된 후, 하단패커튜브(12)의 외연을 원상태로 만들고 다음 주입구간으로 케이싱(20)을 인양하는 상기 S60 공정과, 다음 주입구간으로 인양된 하단패커튜브(12)에 공기 또는 물을 선택적으로 사용하여 팽창시켜 주입재(60) 주입을 실시하는 상기 S70 공정을 반복적으로 실시하여 각 시추공의 상향 방향으로 주입구간마다 반복하면서 시추공 입구까지 순 차적으로 진행하면서 계획된 지반 전체를 보강하는 반복작업공정(S80)을 포함하는 것을 특징으로 하는 케이싱과 2단일체형 패커를 이용한 그라우팅 주입방법.
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